无线电能传输系统自适应阻抗匹配的研究

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磁耦合谐振式无线电能传输技术是一种新兴的无线电能传输技术,其具有传输距离较远以及穿透能力强等明显的特点,克服了传统有线电能传输技术中的诸多不足,开创了一种新技术传能领域,具有重要的科学意义和实用价值研究。  现阶段磁耦合谐振式无线电能传输技术离实际应用还有一定的距离,该技术主要存在以下几个问题:能源管理问题、效率问题、生物安全问题等。本文主要从效率问题出发,提出一种提高传输效率的方法——自适应阻抗匹配。  在磁耦合谐振式无线电能传输过程中,由于无线传输距离的改变或谐振线圈之间发生偏移、负载改变、频率变化等各方面的影响使系统的等效阻抗发生变化,导致负载阻抗与射频源的阻抗不匹配,使传输效率大幅下降。因此,对磁耦合谐振式无线电能传输系统进行自适应阻抗匹配不仅对无线电能传输系统理论上的进一步研究有重要作用,而且对磁耦合无线电能传输技术的产品化及实用开发有积极的促进作用。  本文首先对磁耦合谐振式无线电能传输技术进行了原理性的分析,并搭建了磁耦合谐振式无线电能传输系统的硬件平台,其硬件平台主要包括DSP2812微控制器的开发、基于AD9850的信号发生器、宽带线性功率放大器、自适应阻抗匹配网络、发射线圈、接收线圈和负载等模块。在硬件平台的基础上,基于自适应阻抗匹配和磁耦合谐振式无线电能传输技术的特点,结合射频电路阻抗匹配设计工具——Smith圆图,对自适应阻抗匹配算法进行了一定的仿真研究。基于整套实验装置,通过自适应阻抗匹配的相关实验得出:磁耦合谐振式无线电能传输系统参数或者干扰因素(频率变化、传输距离改变、负载等参数)改变的情况下,自适应阻抗匹配网络通过灵活的稳定的控制,始终保持负载阻抗与射频源阻抗的匹配,使整个磁耦合谐振式无线电能传输系统保持较高的传输效率。
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